Сегодня - 14.12.2017

Красноярские ученые предложили новый способ управления жидкими кристаллами

24 октября 2017
 
Исследователи Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН запатентовали электрооптический жидкокристаллический элемент, управляемый ионно-сурфактантным методом. Используя этот метод, ученые могут электрическим полем переориентировать молекулы жидких кристаллов на границе с подложками и тем самым изменять светопропускание жидкокристаллической ячейки. Российский федеральный институт промышленной собственности включил изобретение красноярских ученых в число 100 лучших изобретений России прошлого года.
 
 
Основой современных жидкокристаллических устройств являются ячейки, состоящие из двух параллельных подложек, зазор между которыми заполнен жидким кристаллом (ЖК). Если такую ячейку расположить между скрещенными поляризаторами, то интенсивность проходящего через систему света будет зависеть от ориентации молекул кристалла. Это означает, что можно управлять интенсивностью проходящего света, изменяя ориентационную структуру ЖК внутри ячейки внешним воздействием.
 
В коммерчески доступных ЖК-устройствах переориентация жидкого кристалла вызывается действием электрического поля на весь объем. Такое явление получило название перехода Фредерикса. В этом случае ориентация молекул на границе с подложками остается неизменной. Красноярские физики предложили иной способ управления, в котором под действием внешнего электрического поля изменяется ориентация молекул ЖК на границе с подложками, что приводит к изменению положения молекул во всей ячейке. Авторы назвали свой метод управления ионно-сурфактантным. В будущем он, возможно, позволит снизить управляющие напряжения для ЖК-устройств.
 
Для изготовления ЖК-ячейки с новым способом управления используются две стеклянные подложки с прозрачными электродами, которые покрывают полимерными пленками. Между этими подложками располагается слой жидкого кристалла, куда предварительно добавляют поверхностно-активное вещество (сурфактант) цетилтриметиламмоний бромид. Это соединение, растворяясь в ЖК, распадается на ионы. Часть положительно заряженных ионов «прилипает» к поверхности полимера и упорядочивает жидкий кристалл перпендикулярно подложкам. Приложенное к ячейке постоянное электрическое поле заставляет положительные ионы (катионы) перемещаться к отрицательному электроду, а отрицательные ионы (анионы) — к положительному. В результате одна из подложек освобождается от катионов, и на ней молекулы ЖК располагаются параллельно границе.
 
Жидкий кристалл под поляризационным микроскопом
 
Это приводит к переориентации ЖК во всем объеме, что изменяет пропускание света ячейкой, расположенной между скрещенными поляризаторами. В исходном состоянии, когда молекулы расположены перпендикулярно подложкам, свет через ячейку не проходит. Изменение ориентационной структуры под действием электрического поля приводит к существенному увеличению пропускания света. Сейчас исследователи изучают возможность управления еще и отражением света с использованием того же ионно-сурфактантного метода.
 
«Существует интересная особенность работы такого метода. Для некоторых жидких кристаллов в силу особенностей их строения переориентация молекул с использованием эффекта Фредерикса невозможна или происходит при слишком больших управляющих напряжениях. Однако мы продемонстрировали, что наш способ позволяет изменять ориентацию молекул любых жидких кристаллов, прикладывая к ячейкам небольшое напряжение величиной около трех вольт», — рассказал научный сотрудник лаборатории молекулярной спектроскопии Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН кандидат физико-математических наук Виталий Сергеевич Сутормин.
 
Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
 
Фото: предоставлено исследователями (1), Михаила Крахалева (2)
 
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus